8.2 承载能力极限状态

8.2.1  本条列出了四种承载能力极限状态，应根据四种状态性质的不同，采用不同的设计表达方式及与之相应的分项系数数值。

    1  结构或结构构件的破坏，也包括基础等。

    4  对于疲劳破坏，有些材料（如钢筋）的疲劳强度宜采用应力变程（应力幅）而不采用强度绝对值来表达。

8.2.2  作用组合的效应设计值S_d，包括如轴力、弯矩设计值或表示几个轴力、弯矩向量的设计值等；本标准式(8.2.2-1)中，S_d包括荷载系数，R_d包括材料系数（或抗力系数），这两类系数在一定范围内是可以互换的。

    以建筑结构中安全等级为二级、设计使用年限为50年的钢筋混凝土轴心受拉构件为例。

    设永久作用标准值的效应NG_k＝10kN，可变作用标准值的效应NQ_k＝20kN，钢筋强度标准值f_yk＝400N/mm²，求所需钢筋面积A_s。

    方案1：取γ_G＝1.3，γ_Q＝1.5，γ_s＝1.1，则由本标准式(8.2.4-2)，作用组合的效应设计值N_d＝γ_GNG_k＋γ_QNQ_k＝1.3×10＋1.5×20＝43kN，取R_d＝A_sf_yk/γ_s＝N_d＝43kN，则A_s＝43×1.1/(400×0.001)＝118.3mm²。

    方案2：取γ_G＝1.192(＝1.3×1.1/1.2)，γ_Q＝1.375(＝1.5×1.1/1.2)，γ_s＝1.2[＝1.1/(1.1/1.2)]，则由本标准式(8.2.4-2)，作用组合的效应设计值N_d＝γ_GNG_k＋γ_QNQ_k＝1.192×10＋1.375×20＝39.42kN，取R_d＝A_sf_yk/γ_s＝N_d＝39.42kN，则A_s＝39.42×1.2/(400×0.001)＝118.3mm²。

    方案1和方案2是完全等价的，用相同的钢筋截面积承受相同的拉力设计值，安全度是完全相同的。

    方案1的荷载系数及材料系数与国际及国内参数比较靠近，而方案2则有明显差异，因此方案2不可取。

8.2.4  对基本组合，原标准给出了设计表达式，设计人员可用作设计，但仅限于作用与作用效应按线性关系考虑的情况，非线性关系时不适用。本次修订根据《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153-2008给出对线性与非线性二种关系全部适用的、设计人员可直接采用的表达式。应注意在本标准式(8.2.4-1)作用组合的效应函数S(·)中，符号“Σ”和 “＋”均表示组合，即同时考虑所有作用对结构的共同影响，而不表示代数相加。

    本标准对结构的重要性系数用γ₀表示，这与原标准相同。

    当结构的设计使用年限与设计基准期不同时，应对可变作用的标准值进行调整，这是因为结构上的各种可变作用均是根据设计基准期确定其标准值的。以房屋建筑为例，结构的设计基准期为50年，即房屋建筑结构上的各种可变作用的标准值取其50年一遇的最大值分布上的“某一分位值”，对设计使用年限为100年的结构，要保证结构在100年时具有设计要求的可靠度水平，理论上要求结构上的各种可变作用应采用100年一遇的最大值分布上的相同分位值作为可变作用的“标准值”，但这种作法对同一种可变作用会随设计使用年限的不同而有多种“标准值”，不便于荷载规范表达和设计人员使用，为此，本标准首次提出考虑结构设计使用年限的荷载调整系数γ_L，以设计使用年限100年为例，γ_L的含义是在可变作用100年一遇的最大值分布上，与该可变作用50年一遇的最大值分布上标准值的相同分位值的比值，其他年限可类推。在本标准表8.2.10中对房屋建筑结构给出了γ_L的具体取值，设计人员可直接采用；对设计使用年限为50年的结构，其设计使用年限与设计基准期相同，不需调整可变作用的标准值，则取γ_L＝1.0。

    永久荷载不随时间而变化，因而与γ_L无关。

    当设计使用年限大于基准期时，除在荷载方面需考虑γ_L外，在抗力方也需采取相应措施，如采用较高的混凝土强度等级、加大混凝土保护层厚度或对钢筋作涂层处理等，使结构在较长的时间内不致因材料性能劣化而降低可靠度。

    式(8.2.4)中第1个可变作用Q₁即为主导可变作用。

    当作用与作用效应不宜按线性关系考虑时，在单个主导作用的情形下可考虑以下简化规则：a)当效应的增加高于作用时，作用分项系数应乘在作用代表值上；b)当效应的增加低于作用时，作用分项系数应乘在作用代表值的效应上。除悬索、缆索和膜结构外，大多数结构或结构构件属于效应的增加高于作用的类型。

8.2.5  偶然作用的情况复杂，种类很多，因而对偶然组合，原标准只用文字作了简单叙述，本标准根据《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153-2008给出了偶然组合效应设计值的表达式，但未能统一选定本标准式(8.2.5-1)及(8.2.5-2)中用ψ_fl或ψ_ql，有关的设计标准应予以明确。

    作用的偶然组合适用于偶然事件发生时的结构验算和发生后受损结构的整体稳固性验算。

8.2.6  各类建筑结构都会遭遇地震，很多结构是由抗震设计控制的。

    国内外对地震作用的研究，今天已发展到可统计且有统计数据了。可以给出不同重现期的地震作用，根据地震作用不同的取值水平提出对结构相应的性能要求，这和现在无法统计或没有统计数据的偶然作用显然不同。将地震设计状况单独列出的客观条件已经具备，列出这一状况有利于建筑结构抗震设计的统一协调与发展。

8.2.7  我国建筑结构抗震设计已经积累了丰富的经验，并凝练出具有我国特色的建筑抗震设计的设防目标。

8.2.8  结构重要性系数γ₀是考虑结构破坏后果的严重性而引入的系数，对于安全等级为一级和三级的结构构件分别取1.1和0.9。可靠度分析表明，采用这些系数后，结构构件可靠指标值较安全等级为二级的结构构件分别增减0.5左右，与本标准表3.2.6的规定基本一致，考虑不同投资主体对建筑结构可靠度的要求可能不同，故允许结构重要性系数γ₀分别取不应小于1.1、1.0和0.9。

8.2.9  对永久荷载系数γ_G和可变荷载系数γ_Q的取值，分别根据对结构构件承载能力有利和不利两种情况，作出了具体规定。

    在某些情况下，永久荷载效应与可变荷载效应符号相反，而前者对结构承载能力起有利作用。此时，若永久荷载分项系数仍取同号效应时相同的值，则结构构件的可靠度将严重不足。为了保证结构构件具有必要的可靠度，并考虑到经济指标不致波动过大和应用方便，规定当永久荷载效应对结构构件的承载能力有利时，γ_G不应大于1.0。

    在“以概率理论为基础、以分项系数表达的极限状态设计方法”中，将对结构可靠度的要求分解到各种分项系数设计取值中，作用（包括永久作用、可变作用等）分项系数取值越高，相应的结构可靠度设置水平也就越高，但从概率的观点看，一个结构可靠与否是随机事件，无论其可靠度水平有多高，都不能做到100％安全可靠，总会有一定的失效概率存在，因此不可避免地存在着由于结构失效带来的风险（危及人的生命、造成经济损失、对社会或环境产生不利影响等），人们只能做到把风险控制在可接受的范围内。一般来说，可靠度设置水平越高风险水平就越低，相应的一次投资的经济代价也越高；相反，可靠度设置水平越低风险水平就越高，而相应的一次投资的经济代价则越低。在经济发展水平较低的时候，对结构可靠度的投入受到经济水平的制约，在保证“基本安全”的前提下，人们不得不承受较高的风险；而在经济发展水平较高的条件下，人们更多会选择具有较高投入的结构可靠度从而降低所承担的风险。本次修订将永久作用分项系数γ_G由1.2调整为1.3、可变作用分项系数γ_Q由1.4调整为1.5，同时相应调整预应力作用的分项系数γ_p，由1.2调整为1.3，为我国房屋建筑结构与国际主流规范可靠度设置水平的一致性奠定了基础。

8.2.10  对设计使用年限为100年和5年的结构构件，通过考虑结构设计使用年限的荷载调整系数γ_L对可变荷载取值进行调整。